DE19745908B4 - Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung als Flügelzellen-Verstelleinrichtung ausgebildet ist - Google Patents

Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung als Flügelzellen-Verstelleinrichtung ausgebildet ist Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung als Flügelzellen-Verstelleinrichtung ausgebildet ist, bestehend aus einem als Außenrotor ausgebildeten, mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über ein Zugmittel in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (2), welches einen durch eine Umfangswand (3) und zwei Seitenwände (5, 6) gebildeten Hohlraum (7) aufweist, und einem als Innenrotor ausgebildeten, drehfest mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Flügelrad (13), welches am Umfang seiner Radnabe (14) mindestens einen radial angeordneten Flügel (15) aufweist, wobei an der Außenseite der Umfangswand (3) oder an der Umfangsfläche einer der Seitenwände (5, 6) eine Verzahnung (4) vorgesehen ist und an der Innenseite der Umfangswand (3) mindestens eine hydraulische Arbeitskammer (8) mit zur Längsmittelachse des Antriebsrades (2) gerichteten und mit ihren freien Stirnseiten (10) mit der Radnabe (14) des Flügelrades (13) in Dichtkontakt stehenden radialen Begrenzungswänden (9) angeordnet ist, wobei die mindestens eine hydraulische Arbeitskammer (8) durch jeweils einen mit seiner freien Stirnseite (16) mit der Innenseite der Umfangswand (3) in jeder Arbeitskammer (8) in Dichtkontakt stehenden Flügel (15) des Flügelrades (13) wiederum in jeweils zwei Druckräume (11, 12) unterteilt wird, die durch wahlweise, zeitlich versetzte oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbewegung und/oder Fixierung jedes Flügels (15) des Flügelrades (13) und damit eine Relativverdrehung und/oder eine stufenlose hydraulische Einspannung der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Stirnseite (16) jedes Flügels (15) des Flügelrades (13) und/oder die freie Stirnseite (10) jeder radialen Begrenzungswand (9) des Antriebsrades (2) einen konkaven Profilquerschnitt aufweist, durch den die Flügel (15) und/oder die Begrenzungswände (9) lediglich in einem axialen Zweifachlinienkontakt zur Innenseite der Umfangswand (3) in jeder Arbeitskammer (8) bzw. zur Radnabe (14) des Flügelrades (13) stehen und durch welchen ein Hohlraum (21) zur jeweiligen Kontaktfläche (Umfangswand (3) bzw. Radnabe (14)) gebildet wird, der ein die Schmierungsbedingungen an der Kontaktfläche (3, 14) verbesserndes Druckmittelvolumen enthält sowie zur Aufnahme sich am Grund des Hohlraums (21) ablagernder Abriebs- oder Schmutzpartikel vorgesehen ist (3a, 3b).

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 5.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Durch die EP 0 781 899 B1 bzw. durch deren deutschsprachige Übersetzung DE 69606613 ist eine gattungsbildende Flügelzellen-Verstelleinrichtung bekannt, die aus einem als Außenrotor ausgebildeten, mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über ein Zugmittel in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad, welches einen durch eine Umfangswand und zwei Seitenwände gebildeten Hohlraum aufweist, und aus einem als Innenrotor ausgebildeten, drehfest mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Flügelrad, welches am Umfang seiner Radnabe mehrere radial angeordnete Flügel aufweist, besteht. An der Außenseite der Umfangswand bzw. an der Umfangsfläche einer der Seitenwände des Antriebsrades ist dabei eine Verzahnung für das Zugmittel vorgesehen und an der Innenseite der Umfangswand sind mehrere hydraulische Arbeitskammern angeordnet, deren Begrenzungswände radial angeordnet und zur Längsmittelachse des Antriebsrades gerichtet sind sowie mit ihren freien Stirnseiten mit der Radnabe des Flügelrades in Dichtkontakt stehen. Diese Arbeitskammern werden wiederum durch jeweils einen mit seiner freien Stirnseite mit der Innenseite der Umfangswand in jeder Arbeitskammer in Dichtkontakt stehenden Flügel des Flügelrades in jeweils zwei Druckräume unterteilt, welche durch wahlweise, zeitlich versetzte oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbewegung und/oder Fixierung jedes Flügels des Flügelrades und damit eine Relativverdrehung und/oder eine stufenlose hydraulische Einspannung der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirken. Die freien Stirnseiten der Flügel derartiger Flügelzellenverstelleinrichtungen weisen dabei zumeist einen dem Radius der Innenseite der Umfangswand entsprechenden oder auch, wie bei der EP 0 781 899 B1 , einen kleiner als der Radius der Innenseite der Umfangswand ausgebildeten konvexen Profilquerschnitt auf, während die freien Stirnseiten der radialen Begrenzungswände im Antriebsrad zumeist einen an den Radius der Radnabe des Flügelrades angepaßten konkaven Profilquerschnitt aufweisen. Dadurch entsteht je nach Anzahl der radialen Begrenzungswände und der Flügel in der Flügelzellen-Verstelleinrichtung ein mehr oder weniger großer Flächenkontakt zwischen dem Antriebsrad und dem Flügelrad, welcher, bedingt durch relativ eng begrenzte Toleranzen hinsichtlich der Dichtwirkung zwischen den einzelnen Druckkammern, relativ hohe Reibkräfte zwischen dem Antriebsrad und dem Flügelrad hevorruft. Diese Reibkräfte sind im ungünstigsten Fall so hoch, daß sie sich negativ auf die Verstellgeschwindigkeit der Flügelzellen-Verstelleinrichtung und damit auf die Thermodynamik der Brennkraftmaschine auswirken.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu konzipieren, bei welcher die durch den Flächenkonakt auftretenden Reibkräfte zwischen dem Antriebsrad und dem Flügelrad auf ein Minimum reduzierbar sind.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 5 gelöst.
  • Als eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Flügelzellen-Verstelleinrichtung wird es vorgeschlagen, die freie Stirnseite jedes Flügels des Flügelrades und/oder jeder radialen Begrenzungswand des Antriebsrades mit einem konkaven Profilquerschnitt auszubilden, welcher bei den radialen Begrenzungswänden des Antriebsrades bevorzugt im Radius kleiner als der Radius der Radnabe des Flügelrades ist. Durch diesen konkaven Profilquerschnitt stehen die Flügel des Flügelrades und/oder die radialen Begrenzungswände des Antriebsrades nicht mehr im Flächenkontakt sondern in einem Zweifachlinienkontakt zur Innenseite der Umfangswand bzw. zur Radnabe des Flügelrades und es entsteht ein geringfügiger Hohlraum zur jeweiligen Kontaktfläche, der ein die Schmierungsbedingungen an der Kontaktfläche verbesserndes Druckmittelvolumen enthält sowie zur Aufnahme möglicher Abriebs- oder Schmutzpartikel dient, die sich am Grund des Hohlraumes ablagern.
  • Bei einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Flügelzellen-Verstelleinrichtung weist die freie Stirnseite jedes Flügelrades und/oder jeder radialen Begrenzungswand des Antriebsrades bevorzugt einen schwalbenschwanzförmigen Profilquerschnitt auf. Dadurch stehen die Flügel des Flügelrades und/oder die radialen Begrenzungswände des Antriebsrades ebenfalls nur noch in einem die Reibkräfte zwischen dem Antriebsrad und dem Flügelrad reduzierenden Zweifachlinienkontakt zur jeweils gegenüberliegenden Kontaktfläche, wobei auch hier ein Hohlraum zur Aufnahme eines Druckmittelvolumens sowie zur Ablagerung von Abrieb oder Schmutzpartikeln entsteht.
  • Schließlich wird es als eine dritte, nur die Flügel des Flügelrades betreffende Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Flügelzellen-Verstelleinrichtung vorgeschlagen, daß die freie Stirnseite jedes Flügels des Flügelrades bevorzugt rechtwinklig zu den Seitenflächen des Flügels angeordnet sowie eben ausgebildet ist und eine axiale Quernut aufweist, welche über einen radialen Druckmittelkanal im Inneren oder an einer Seite des Flügels mit der Druckmittelversorgung der Flügelzellen-Verstelleinrichtung verbunden ist. In diese Quernut wird während des Verstellbetriebes unter Druck stehendes hydraulisches Druckmittel eingeleitet, welches für verbesserte Schmierbedingungen bzw. reduzierte Reibkräfte zwischen den Flügeln des Flügelrades und der Innenseite der Um fangswand des Antriebsrades sorgt. Darüber hinaus wirkt der in der Quernut jedes Flügels anliegende und auf die Innenseite der Umfangswand gerichtete Druck des Druckmittels der Fliehkraft des Flügelrades und dem Druckmitteldruck in den Arbeitskammern des Antriebsrades entgegen, so daß die freien Stirnseiten der Flügel des Flügelrades druckentlastet werden sowie die Reibkräfte und damit auch der Verschleiß zwischen dem Flügelrad und dem Antriebsrad noch weiter vermindert werden.
  • Die Erfindung weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Flügelzellen-Verstelleinrichtungen den Vorteil auf, daß durch die Ausbildung der freien Stirnseite der Flügel des Flügelrades und/oder der radialen Begrenzungswände des Antriebsrades mit speziellen Profilquerschnitten der bisher übliche Flächenkontakt zwischen dem Flügelrad und dem Antriebsrad vermieden wird und stattdessen ein Zweifachlinienkontakt zwischen jedem Flügel des Flügelrades und der Innenseite der Umfangswand des Antriebsrades bzw. zwischen jeder radialen Begrenzungswand des Antriebsrades und der Radnabe des Flügelrades besteht. Dadurch werden die Reibkräfte zwischen dem Antriebsrad und dem Flügelrad derart reduziert, daß sie praktisch keinen Einfluß mehr auf die Verstellgeschwindigkeit der Flügelzellen-Verstelleinrichtung haben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen dabei:
  • 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Flügelzellen-Verstelleinrichtung;
  • 2 den Schnitt A-A nach 1 und
  • 3 die vergrößerte Darstellung der Einzelheit X nach, 2 in mehreren Ausführungsformen.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Aus den 1 und 2 geht deutlich eine Flügelzellen-Verstelleinrichtung 1 hervor, mit der die Öffnungs- und Schließzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine variiert werden können. Diese Flügelzellen-Verstelleinrichtung 1 besteht aus einem als Außenrotor ausgebildeten Antriebsrad 2 und einem als Innenrotor ausgebildeten Flügelrad 13, wobei das Antriebsrad 2 über ein Zugmittel mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung steht und das Flügelrad 13 mit einer nicht näher bezeichneten Nockenwelle der Brennkraftmaschine drehfest verbunden ist. Das Antriebsrad 2 weist dabei einen durch eine Umfangswand 3 und zwei Seitenwände 5, 6 gebildeten Hohlraum 7 auf, in dem das am Umfang seiner Radnabe 14 mit vier radial angeordneten Flügeln 15 ausgebildeten Flügelrad 13 eingesetzt ist.
  • Weiterhin ist aus den 1 und 2 ersichtlich, daß an der Umfangsfläche der Seitenwand 6 des Antriebsrades 2 eine Verzahnung für das Zugmittel vorgesehen ist und daß an der Innenseite der Umfangswand 3 des Antriebsrades 2 vier hydraulische Arbeitskammern 8 angeordnet sind, deren seitliche Begrenzungswände 9 radial angeordnet und zur Längsmittelachse des Antriebsrades 2 gerichtet sind sowie mit ihren freien Stirnseiten 10 mit der Radnabe 14 des Flügelrades 13 in Dichtkontakt stehen. Diese Arbeitskammern 8 werden durch jeweils einen mit seiner freien Stirnseite 16 mit der Innenseite der Umfangswand 3 in jeder Arbeitskammer 8 in Dichtkontakt stehenden Flügel 15 des Flügelrades 13 wiederum in jeweils zwei Druckräume 11, 12 unterteilt, welche durch wahlweise, zeitlich versetzte oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbewegung und/oder Fixierung der Flügel 15 des Flügelrades 13 und damit eine Relativverdrehung und/oder eine stufenlose hydraulische Einspannung der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirken.
  • Der in 3 gezeigten vergrößerten Einzelheit X in 2 ist darüber hinaus entnehmbar, daß im konkreten Fall nur die freien Stirnseiten 16 der Flügel 15 des Flügelrades 13 erfindungsgemäß einen die Reibkräfte zwischen dem Antriebsrad 2 und dem Flügelrad 13 reduzierenden axialen Zwei fachlinienkontakt zur Innenseite der Umfangswand 3 in jeder Arbeitskammer 8 des Antriebsrades 2 aufweisen. Die Ausführungsformen a) und b) zeigen dabei einen konkaven und einen schwalbenschwanzförmigen Profilquerschnitt der freien Stirnseite 16 der Flügel 15 des Flügelrades 13, mit denen ein Zweifachlinienkontakt zur Innenseite der Umfangswand 3 realisierbar ist und die Schmierung zwischen Antriebsrad 2 und Flügelrad 13 durch das im gebildeten Hohlraum an der Stirnseite 16 des Flügels 15 sich sammelnde Druckmittel verbessert wird.
  • Die Ausführungsform c) in 3 veranschaulicht darüber hinaus eine weitere Möglichkeit der Reduzierung der Reibkräfte zwischen dem Antriebsrad 2 und dem Flügelrad 13, indem die freien Stirnseiten 16 der Flügel 15 des Flügelrades 13 rechtwinklig zu den Seitenflächen 17, 18 der Flügel 15 sowie eben ausgebildet sind und eine axiale Quernut 22 aufweisen, welche über einen radialen Druckmittelkanal 23 im Inneren jedes Flügels 15 mit der Druckmittelversorgung der Flügelzellen-Verstelleinrichtung 1 verbunden ist. Durch das während des Verstellbetriebes über den Druckmittelkanal 23 in die Quernut 22 jedes Flügels 15 eingeleitete Druckmittel werden die freien Stirnseiten 16 der Flügel 15 entgegen dem Druck des Druckmittels in den Druckkammern 11, 12 sowie entgegen der wirkenden Fliehkraft druckentlastet und somit die Reibkräfte zwischen Antriebsrad 2 und Flügelrad 13 reduziert.
  • 1
    Flügelzellen-Verstelleinrichtung
    2
    Antriebsrad
    3
    Umfangswand
    4
    Verzahnung
    5
    Seitenwand
    6
    Seitenwand
    7
    Hohlraum
    8
    Arbeitskammern
    9
    Begrenzungswände
    10
    freie Stirnseiten
    11
    Druckraum
    12
    Druckraum
    13
    Flügelrad
    14
    Radnabe
    15
    Flügel
    16
    freie Stirnseiten
    17
    Seitenfläche
    18
    Seitenfläche
    19
    Halbrundnut
    20
    Axialnut
    21
    Hohlraum
    22
    Quernut
    23
    Druckmittelkanal

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung als Flügelzellen-Verstelleinrichtung ausgebildet ist, bestehend aus einem als Außenrotor ausgebildeten, mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über ein Zugmittel in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (2), welches einen durch eine Umfangswand (3) und zwei Seitenwände (5, 6) gebildeten Hohlraum (7) aufweist, und einem als Innenrotor ausgebildeten, drehfest mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Flügelrad (13), welches am Umfang seiner Radnabe (14) mindestens einen radial angeordneten Flügel (15) aufweist, wobei an der Außenseite der Umfangswand (3) oder an der Umfangsfläche einer der Seitenwände (5, 6) eine Verzahnung (4) vorgesehen ist und an der Innenseite der Umfangswand (3) mindestens eine hydraulische Arbeitskammer (8) mit zur Längsmittelachse des Antriebsrades (2) gerichteten und mit ihren freien Stirnseiten (10) mit der Radnabe (14) des Flügelrades (13) in Dichtkontakt stehenden radialen Begrenzungswänden (9) angeordnet ist, wobei die mindestens eine hydraulische Arbeitskammer (8) durch jeweils einen mit seiner freien Stirnseite (16) mit der Innenseite der Umfangswand (3) in jeder Arbeitskammer (8) in Dichtkontakt stehenden Flügel (15) des Flügelrades (13) wiederum in jeweils zwei Druckräume (11, 12) unterteilt wird, die durch wahlweise, zeitlich versetzte oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbewegung und/oder Fixierung jedes Flügels (15) des Flügelrades (13) und damit eine Relativverdrehung und/oder eine stufenlose hydraulische Einspannung der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Stirnseite (16) jedes Flügels (15) des Flügelrades (13) und/oder die freie Stirnseite (10) jeder radialen Begrenzungswand (9) des Antriebsrades (2) einen konkaven Profilquerschnitt aufweist, durch den die Flügel (15) und/oder die Begrenzungswände (9) lediglich in einem axialen Zweifachlinienkontakt zur Innenseite der Umfangswand (3) in jeder Arbeitskammer (8) bzw. zur Radnabe (14) des Flügelrades (13) stehen und durch welchen ein Hohlraum (21) zur jeweiligen Kontaktfläche (Umfangswand (3) bzw. Radnabe (14)) gebildet wird, der ein die Schmierungsbedingungen an der Kontaktfläche (3, 14) verbesserndes Druckmittelvolumen enthält sowie zur Aufnahme sich am Grund des Hohlraums (21) ablagernder Abriebs- oder Schmutzpartikel vorgesehen ist (3a, 3b).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der konkave Profilquerschnitt an der freien Stirnseite (10, 16) jedes Flügels (15) des Flügelrades (13) und/oder an jeder radialen Begrenzungswand (9) des Antriebsrades (2) als axiale Halbrundnut (19) ausgebildet ist (3a).
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der konkave Profilquerschnitt an der freien Stirnseite (10, 16) jedes Flügels (15) des Flügelrades (13) und/oder an jeder radialen Begrenzungswand (9) des Antriebsrades (2) als schwalbenschwanzförmige Axialnut (20) ausgebildet ist (3b).
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Halbrundnut (19) an den Stirnseiten (10) der radialen Begrenzungswände (9) des Antriebsrades (2) im Radius kleiner als der Radius der Radnabe (14) des Flügelrades (13) ist.
  5. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei die freie Stirnseite (16) jedes Flügels (15) des Flügelrades (13) einen rechtwinklig zu den Seitenflächen (17, 18) des Flügels (15) ausgebildeten Profilquerschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass durch den rechtwinkligen Profilquerschnitt die Flügel (15) lediglich in einem axialen Zweifachlinienkontakt zur Innenseite der Umfangswand (3) in jeder Arbeitskammer (8) stehen, wobei durch den rechtwinkligen Profilquerschnitt ein Hohlraum (21) zur Umfangswand (3) gebildet wird, der ein die Schmierungsbedingungen an der Umfangswand (3) verbesserndes Druckmittelvolumen enthält sowie zur Aufnahme sich am Grund des Hohlraums (21) ablagernder Abriebs- oder Schmutzpartikel vorgesehen ist (3c).
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der freien Stirnseite (16) jedes Flügels (15) des Flügelrades (13) zusätzlich eine axiale Quernut (22) angeordnet ist, welche über einen radialen Druckmittelkanal (23) im Inneren des Flügels (15) mit der Druckmittelversorgung der Flügelzellen-Verstelleinrichtung (1) verbunden ist (3c).
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